Томские ученые предложили использовать особенности сильноточного электронного пучка в производстве топливных элементов для водородной энергетики. Фундаментальные исследования по воздействию импульсных сильноточных электронных пучков на поверхность твердых тел с целью модификации их свойств ведутся в Институте сильноточной электроники СО РАН более двух десятилетий.
Томские ученые предложили использовать особенности сильноточного электронного пучка в производстве топливных элементов для водородной энергетики.
Фундаментальные исследования по воздействию импульсных сильноточных электронных пучков на поверхность твердых тел с целью модификации их свойств ведутся в Институте сильноточной электроники СО РАН более двух десятилетий. Столь устойчивый интерес обусловлен способностью таких электронных пучков плавить поверхность любых материалов. Важно, что при этом существенно изменяются свойства самих поверхностей: уменьшается шероховатость, увеличивается коррозионная стойкость и т.д. Этот эффект нашел и практическое применение. В частности, электронно-пучковая обработка стала незаменимой в финишной полировке сложных металлических деталей.
Недавно у электронного пучка появились интересные перспективы в области производства твердооксидных топливных элементов для водородной энергетики, которые, несмотря на высокий КПД, бесшумность и долгий срок службы до сих пор не нашли широкого применения из-за отсутствия экономически приемлемой технологии их получения.
Топливный элемент – это электрохимический генератор, преобразующий энергию химического взаимодействия водорода и кислорода в электрическую. Центральная часть элемента представляет собой трехслойный сэндвич, состоящий из анода, электролита и катода. Анод – это металлокерамическая пластинка с пористостью до 40%, состоящая из смеси гранул никеля и оксида циркония. Поры нужны для поступления водорода к границе анода с керамическим электролитом (стабилизированная иттрием окись циркония), который должен быть уже газонепроницаемым. Для снижения рабочей температуры топливного элемента необходимо получить такой электролит толщиной всего в несколько микрометров. Для решения этой задачи предложено использовать электронный пучок. О работе сообщает журнал «Наука из первых рук» (№ 2 за 2010 год).
Эксперименты показали, что при соответствующем выборе параметров достаточно одного импульса электронного пучка, чтобы расплавить поверхность металлокерамического анода на глубину около 1 мкм. Пористость переплавленного слоя становится на порядки меньше, чем у всей анодной пластинки. Пленка электролита, наносимая на такую модифицированную поверхность анода (например, методом реактивного магнетронного распыления), становится практически газонепроницаемой уже при толщине 1—2 мкм. Опытные образцы топливных элементов, изготовленные с использованием предложенного метода, продемонстрировали высокие рабочие параметры. Об этом сообщает Информнаука со ссылкой на Институт сильноточной электроники СО РАН.